הרלוונטיות של העבודה בתחום יצירת מחשבים קוונטיים נובעת כיום מכך שלא ניתן לפתור מספר משימות חשובות מאוד באמצעות מחשבים קלאסיים, לרבות מחשבי על, בפרק זמן סביר. אנחנו מדברים על הבעיות של פיזיקת קוונטים וכימיה, קריפטוגרפיה, פיזיקה גרעינית. על פי תחזיות המדענים, מחשבים קוונטיים יהפכו לחלק חשוב מסביבת המידע והמחשוב המבוזר של העתיד. בניית מחשב קוונטי בצורת עצם פיזי אמיתי היא אחת המשימות הבסיסיות של הפיזיקה במאה ה-XNUMX.
מחקר של מדענים רוסים על ייצור מיקרו-מהודים אופטיים פורסם בכתב העת Optics Letters. "הטכנולוגיה אינה מצריכה התקנות ואקום, נקייה כמעט לחלוטין מתהליכים הקשורים לטיפול בפתרונות קאוסטיים, וזולה יחסית. אבל הדבר החשוב ביותר הוא שזהו צעד נוסף לקראת שיפור איכות השידור והעיבוד של הנתונים, יצירת מחשבים קוונטיים ומכשירי מדידה רגישים במיוחד", אומרת אוניברסיטת ITMO בהודעה לעיתונות.
מיקרו-תהודה אופטי הוא מעין מלכודת אור בצורת עיבוי קטן מאוד ומיקרוסקופי של סיב אופטי. מכיוון שלא ניתן לעצור פוטונים, יש צורך איכשהו לעכב את זרימתם כדי לקודד מידע. לשם כך משתמשים בשרשראות של מיקרו-מהודים אופטיים. בשל אפקט "הגלריה הלוחשת", האות מאט: כשהוא נכנס לתהודה, גל האור מוחזר מקירותיו ומתפתל. יחד עם זאת, בשל צורתו המעוגלת של המהוד, אור יכול להשתקף בתוכו לאורך זמן. לפיכך, פוטונים נעים מתהוד אחד למשנהו במהירות נמוכה בהרבה.
ניתן לכוונן את מסלול האור על ידי שינוי הגודל והצורה של המהוד. בהתחשב בגודלם של מיקרו-חללים, שהוא פחות מעשירית המילימטר, שינויים בפרמטרים של מכשיר כזה חייבים להיות מדויקים במיוחד, שכן כל פגם על פני השטח של המיקרו-חלל יכול להביא כאוס לשטף הפוטונים. "אם האור מסתובב במשך זמן רב, הוא מתחיל להפריע (להתנגש) עם עצמו", מדגיש מיכאיל סומצקי. - במקרה שנפלה טעות בייצור מהודים מתחיל בלבול. מכאן נוכל לצייר את הדרישה העיקרית עבור מהודים: הסטייה המינימלית בגודל.
המיקרו-תהודה, שיוצרו על ידי מדענים מרוסיה ומבריטניה, מיוצרים בדיוק רב עד כדי כך שההבדל בגדלים שלהם אינו עולה על 0,17 אנגסטרם. כדי לדמיין את קנה המידה, נציין שערך זה קטן בערך פי 3 מקוטר אטום מימן ומיד קטן פי 100 מהשגיאה המותרת בייצור של מהודים כאלה כיום. במיוחד עבור ייצור תהודה, מיכאיל סומצקי יצר את שיטת ה-SNAP. לפי טכנולוגיה זו, הלייזר מחלל את הסיב, ומסיר את הלחצים הקפואים בו. לאחר חשיפה לקרן לייזר, הסיב "מתנפח" מעט ומתקבל מיקרו-תהודה. חוקרים מרוסיה ואנגליה הולכים להמשיך ולשפר את טכנולוגיית SNAP, כמו גם להרחיב את טווח היישום האפשרי שלה.
העבודה על מיקרו-תהודה בארצנו לא פסקה בעשורים האחרונים. בכפר סקולקובו ליד מוסקבה ברחוב נובאיה נבנה בית במספר 100. זהו בית עם קירות מראות שיכולים להתחרות בשמים בכחול שלהם. אנחנו מדברים על הבניין של בית הספר לניהול סקולקובו. אחד הדיירים של הבית יוצא הדופן הזה הוא מרכז הקוונטים הרוסי (RKC).
מיקרו-מהודים היום הם נושא די חם באופטיקה קוונטית. מספר קבוצות ברחבי העולם לומדים אותם ללא הרף. במקביל, בתחילה הומצאו מיקרו-תהודה אופטיים בארצנו באוניברסיטת מוסקבה. המאמר הראשון על מהודים כאלה פורסם ב-1989. שלושה פיזיקאים הפכו למחברי המאמר: ולדימיר ברגינסקי, ולדימיר אילצ'נקו ומיכאיל גורודצקי. במקביל, גורודצקי היה סטודנט באותה תקופה, ומנהיגו אילצ'נקו עבר מאוחר יותר לארצות הברית, שם החל לעבוד במעבדת נאס"א. לעומת זאת, מיכאיל גורודצקי נשאר באוניברסיטה הממלכתית של מוסקבה, והקדיש שנים רבות ללימוד תחום זה. הוא הצטרף לצוות RCC יחסית לאחרונה - ב-2014, ב-RCC ניתן לחשוף בצורה מלאה יותר את הפוטנציאל שלו כמדען. לשם כך, למרכז יש את כל הציוד הדרוש לניסויים, שפשוט אינו זמין באוניברסיטת מוסקבה, כמו גם צוות מומחים. טיעון נוסף שגורודצקי הביא לטובת ה-RCC היה היכולת לשלם שכר הגון לעובדים.
נכון לעכשיו, הצוות של גורודצקי מעסיק כמה בחורים שעסקו בעבר בפעילויות מדעיות תחת הנהגתו באוניברסיטת מוסקבה. יחד עם זאת, זה לא סוד לאף אחד שלא קל לשמור היום על מדענים צעירים מבטיחים ברוסיה - הדלתות של כל מעבדה ברחבי העולם פתוחות בפניהם בימים אלה. וה-RCC הוא אחת ההזדמנויות לעשות קריירה מדעית מבריקה, כמו גם לקבל משכורת נאותה מבלי לעזוב את הפדרציה הרוסית. נכון לעכשיו, מחקר מבוצע במעבדתו של מיכאיל גורודצקי, אשר, עם התפתחות חיובית של אירועים, יכול לשנות את העולם.
מיקרו-תהודה אופטית הם הבסיס לטכנולוגיה חדשה המסוגלת להגדיל את צפיפות העברת הנתונים על פני ערוצי סיבים אופטיים. וזה רק אחד מהיישומים האפשריים של microresonators. במהלך השנים האחרונות, אחת ממעבדות RCC למדה לייצר מיקרו-תהודה, שכבר נרכשים בחו"ל. ומדענים רוסים שעבדו בעבר באוניברסיטאות זרות אפילו חוזרים לרוסיה כדי לעבוד במעבדה הזו.
על פי התיאוריה, ניתן להשתמש במיקרו-מהודים אופטיים בתעשיית הטלקומוניקציה, שם הם יסייעו להגביר את צפיפות העברת הנתונים באמצעות כבל סיבים אופטיים. נכון לעכשיו, מנות נתונים כבר משודרות בטווח צבעים שונה, אך אם המקלט והמשדר רגישים יותר, ניתן יהיה להסיע קו נתונים אחד לערוצי תדרים נוספים.
אבל זה לא התחום היחיד של היישום שלהם. כמו כן, בעזרת microresonators אופטיים, ניתן לא רק למדוד את האור של כוכבי לכת מרוחקים, אלא גם לקבוע את הרכבם. הם יכולים גם לאפשר יצירת גלאים מיניאטוריים של חיידקים, וירוסים או חומרים מסוימים - חיישנים כימיים וביו-חיישנים. מיכאיל גורודצקי תיאר את התמונה העתידנית הבאה של העולם שבו כבר נעשה שימוש במיקרו-תהודה: "בעזרת מכשיר קומפקטי המבוסס על מיקרו-תהודה אופטית, ניתן יהיה לקבוע את הרכב האוויר שנושף על ידי אדם, הנושא מידע על מצב כמעט של כל האיברים בגוף האדם. כלומר, המהירות והדיוק של האבחון ברפואה יכולים פשוט לעלות פי כמה".
עם זאת, עד כה אלו רק תיאוריות שעדיין צריכות להיבדק. מכשירים מוכנים שנבנו על בסיסם עדיין רחוקים. עם זאת, לדברי מיכאיל גורודצקי, המעבדה שלו, על פי התוכנית המאושרת, צריכה להבין כיצד להשתמש במיקרו-תהודה בפועל בעוד כמה שנים. כיום, התחום המבטיח ביותר הוא תחום הטלקומוניקציה, כמו גם המגזר הצבאי. מיקרו-תהודים אכן עשויים לעניין את הצבא הרוסי. לדוגמה, הם יכולים לשמש בפיתוח וייצור של מכ"מים, כמו גם מחוללי אותות יציבים.
עד כה, ייצור המוני של microresonators אינו נדרש. אבל מספר חברות בעולם כבר החלו לייצר מכשירים באמצעותם, כלומר באמת הצליחו למסחר את הפיתוחים שלהם. עם זאת, אנחנו עדיין מדברים רק על התקני חלק שנועדו לפתור מגוון מצומצם של משימות. כך למשל, חברת OEWaves האמריקאית (שמעסיקה היום את אחד מממציאי המיקרו-חללים, ולדימיר אילצ'נקו), עוסקת בייצור מחוללי מיקרוגל אולטרה-יציבים, וכן לייזרים מצוינים. הלייזר של החברה, המפיק אור בטווח צר מאוד (עד 300 הרץ) עם רעשי פאזה ותדרים נמוכים מאוד, כבר זכה בפרס PRIZM היוקרתי. פרס כזה הוא למעשה "אוסקר" בתחום האופטיקה היישומית, פרס זה ניתן מדי שנה.
בתחום הרפואי, קבוצת החברות הדרום קוריאנית סמסונג, יחד עם מרכז הקוונטים הרוסי, עוסקת בפיתוחיה בתחום זה. לפי קומרסנט, העבודות הללו ב-2015 היו ממש בשלב הראשוני, כך שמוקדם ומוקדם מדי לומר משהו על המצאות שהיו מיישמות יישומים.
מקורות המידע:
http://tass.ru/nauka/3478280
http://www.kommersant.ru/doc/2740444
https://mipt.ru/education/chairs/nanoelektronika-i-kvantovye-kompyutery
חומרים ממקורות פתוחים